FluorCam葉(ye)綠素(su)熒(ying)光(guang)成(cheng)像技(ji)術(shu)應用於突變體研究(jiu)

葉(ye)綠素(su)熒(ying)光(guang)是(shi)植物光(guang)合(he)生(sheng)理檢測的重(zhong)要探針(zhen)，基於葉(ye)綠素(su)熒(ying)光(guang)測量的FluorCam葉(ye)綠素(su)熒(ying)光(guang)成(cheng)像技(ji)術(shu)經(jing)過(guo)數(shu)十年的(de)發展(zhan)，在植物與(yu)藻(zao)類研究(jiu)中(zhong)應用廣泛，已然(ran)成(cheng)為(wei)光合(he)生(sheng)理、育種、環境控(kong)制研究(jiu)、農(nong)業(ye)生(sheng)產等眾(zhong)多研究(jiu)方向*的有(you)效(xiao)工具(ju)。本(ben)次摘(zhai)選(xuan)4篇易(yi)科泰FluorCam葉(ye)綠素(su)熒(ying)光(guang)成(cheng)像系統在(zai)不(bu)同植物基因突變體研究(jiu)方面(mian)的文(wen)獻(xian)分享。（參考(kao)文獻(xian)附(fu)在文末(mo)）

1.乙(yi)烯不(bu)敏感(gan)突變提高(gao)了擬(ni)南芥植物對(dui)NO2的耐(nai)受性

通(tong)過(guo)分析(xi)乙(yi)烯不(bu)敏感(gan)突變體ein2-1和野(ye)生(sheng)型WT的生(sheng)理生(sheng)化表(biao)現(xian)，探(tan)討(tao)植物乙(yi)烯敏感(gan)性與(yu)NO2耐受性之(zhi)間(jian)的關(guan)系及(ji)其(qi)機(ji)制。該(gai)研究(jiu)中(zhong)，對(dui)培(pei)養(yang)的ein2-1和WT擬(ni)南芥進行8h NO2熏蒸(zheng)處(chu)理，然(ran)後(hou)對(dui)植物進行基因表達(da)、生(sheng)理生(sheng)化指(zhi)標(biao)等分析(xi)。其(qi)中，利(li)用FluorCam對(dui)光(guang)合(he)生(sheng)理指標進行了檢測，分析(xi)突變體和野(ye)生(sheng)型對(dui)NO2的光(guang)合(he)性能(neng)響(xiang)應的(de)差異(yi)。數(shu)據(ju)表(biao)明(ming)，與(yu)ein2-1相比，NO2暴(bao)露對(dui)WT的光(guang)合(he)作(zuo)用損害更嚴(yan)重(zhong)。

2.HK5和HK6細胞分裂(lie)素(su)受體介導水稻的多(duo)種發育(yu)途(tu)徑(jing)

細胞分裂(lie)素(su)參(can)與(yu)調節(jie)幾(ji)乎所有(you)的(de)植物生(sheng)長發育(yu)過(guo)程(cheng)，通(tong)過(guo)改(gai)造細(xi)胞分裂(lie)素(su)受體相關(guan)基因，提高(gao)作(zuo)物物種(zhong)產量和品(pin)質(zhi)，是(shi)壹(yi)種(zhong)具(ju)有(you)前景(jing)的(de)改(gai)善(shan)作(zuo)物的(de)方法。對(dui)由CRISPR/Cas9基因編(bian)輯獲得的細(xi)胞分裂(lie)素(su)組氨酸(suan)激酶(mei)基因（HK）突變體（hk5、hk6、hk5 hk6）進行葉(ye)綠素(su)熒(ying)光(guang)、根(gen)系、細胞、農(nong)藝性狀(zhuang)、基因表達(da)等分析(xi)，研究(jiu)其(qi)對(dui)細(xi)胞分裂(lie)素(su)反(fan)應(ying)。

其(qi)中通(tong)過(guo)FluorCam葉(ye)綠素(su)熒(ying)光(guang)成(cheng)像獲得的RFd（熒光(guang)衰(shuai)減(jian)率(lv)）結果表明(ming)，細胞分裂(lie)素(su)的(de)應(ying)用顯著(zhu)阻斷了野(ye)生(sheng)型(WT)葉(ye)片(pian)轉移(yi)到黑(hei)暗(an)中(zhong)培(pei)養(yang)3天(tian)後(hou)所觀察(cha)到的(de)RFd的減(jian)少。hk5和hk6單(dan)突變體對(dui)細(xi)胞分裂(lie)素(su)的(de)響(xiang)應(ying)不(bu)明顯。在沒(mei)有(you)外(wai)源(yuan)細(xi)胞分裂(lie)素(su)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，與WT相比，雙(shuang)突變體hk5hk63天(tian)後(hou)RFd顯著(zhu)下(xia)降，對(dui)外(wai)源(yuan)細(xi)胞分裂(lie)素(su)的(de)反(fan)應(ying)也顯(xian)著(zhu)減(jian)弱。

3.脫落(luo)酸(suan)、ABI5和PPC2參與(yu)了植物對(dui)低CO2的適(shi)應

磷酸(suan)烯醇式(shi)丙酮酸(suan)羧化酶(mei)(PEPC)在C4植物的(de)光(guang)合(he)二(er)氧化碳(tan)固(gu)定(ding)過(guo)程(cheng)中起著關(guan)鍵作(zuo)用。然(ran)而(er)，PEPCs在C3植物中(zhong)的(de)功能特征(zheng)並不明(ming)確，特別是(shi)在與低大(da)氣(qi)二(er)氧化碳(tan)水平相關方面(mian)。在擬(ni)南芥中(zhong)編(bian)碼(ma)PEPC的4個基因中，PPC2被認(ren)為(wei)是葉(ye)片(pian)的主(zhu)要PEPC基因。

將通(tong)過(guo)轉基因獲得的ppc突變體，進行低CO2處理(li)，並進行生(sheng)理生(sheng)化、基因表達(da)等指(zhi)標(biao)分析(xi)，以(yi)篩(shai)選關(guan)鍵基因，及(ji)研究(jiu)其(qi)主(zhu)要功能。其(qi)中FluorCam葉(ye)綠素(su)熒(ying)光(guang)成(cheng)像對(dui)前期(qi)篩(shai)選出(chu)ppc2突變體與野(ye)生(sheng)型對(dui)照(zhao)WT分析(xi)，結果表明(ming)，在環境(jing)CO2濃度(du)下，ppc2與WT的Fv/Fm無明顯(xian)差異(yi)。而在(zai)低CO2條件(jian)下ppc2突變體生(sheng)長停滯，同時Fv/Fm顯著(zhu)降低。

本文(wen)其(qi)他實(shi)驗證(zheng)明，添加外(wai)援ABA提高(gao)了低CO2下植物的(de)性能(neng)。ABI3、ABI4、ABI5基因是ABA對(dui)種(zhong)子萌發及(ji)萌(meng)發後(hou)的(de)調控(kong)作(zuo)用的必需的(de)轉錄因子，為(wei)了證(zheng)明其(qi)在低CO2條件(jian)下的(de)功能，對(dui)abi5突變體和Ws進行處理對(dui)比。結果表明(ming)，abi5突變導致了低CO2條件(jian)下幼(you)苗(miao)的(de)光(guang)合(he)效率(lv)的降低。

本文(wen)還研究(jiu)了幹旱處理(li)下，ppc2的光(guang)合(he)生(sheng)理變化，規律與(yu)低CO2處理(li)表現(xian)壹(yi)致。

4.CIPK23基因可緩解(jie)擬(ni)南芥中(zhong)由高(gao)NH₄+/K+比率(lv)引起的毒(du)性

      NH₄+對(dui)植物葉(ye)片(pian)的毒性主(zhu)要是由NH₄+與K+的高(gao)比例(NH₄+/K+≥10：1)引起的，而(er)不(bu)是(shi)由離(li)子的絕(jue)對(dui)濃(nong)度(du)。文(wen)章(zhang)中為(wei)了證(zheng)實(shi)CIPK23基因在減(jian)輕(qing)NH₄+毒性所起的作(zuo)用，通(tong)過(guo)葉(ye)綠素(su)熒(ying)光(guang)成(cheng)像測量等手段，對(dui)不(bu)同NH₄+/K+比值濃度條(tiao)件(jian)下，CIPK23突變體與野(ye)生(sheng)型Col-0生(sheng)理響應差異(yi)。在低NH₄+/K+比值條件(jian)下，兩(liang)種植物材(cai)料之間的葉(ye)綠素(su)熒(ying)光(guang)參(can)數(shu)沒(mei)有(you)顯(xian)著(zhu)差異(yi)。在高(gao)NH₄+/K+比值條件(jian)下，Col-0的NPQ和Rfd值顯(xian)著(zhu)高(gao)於cipk23突變體。NPQ是光(guang)照條(tiao)件(jian)下PSII系統過(guo)度(du)光(guang)和(he)散(san)熱(re)的(de)指標，Rfd可以(yi)反(fan)映(ying)植物對(dui)脅迫的耐(nai)受性。測定結果表明(ming)，CIPK23可以(yi)通(tong)過(guo)避(bi)免(mian)光(guang)誘導的損(sun)傷來(lai)提高(gao)植物對(dui)高(gao)nh4+/K+比值的耐受性。

參考(kao)文獻(xian)：

[1] Chuan Liua, Lin-Lin Lib, Guang-Zhe Li , et al. Ethylene insensitive mutation improves Arabidopsis plant tolerance to NO 2 exposure[J]. Ecotoxicology and Environmental Safety, 189.

[2] Burr C A, Sun J, Yamburenko M V , et al. The HK5 and HK6 cytokinin receptors mediate diverse developmental pathways in rice[J]. Development, 2020, 147(20):dev191734.

[3] Lei Y, Jumei Z, Long L , et al. Involvement of abscisic acid, ABI5, and PPC2 in plant acclimation to low CO2[J]. Journal of Experimental Botany(14):14.

[4] Shi S, Xu F, Ge Y , et al. NH4+ Toxicity, Which Is Mainly Determined by the High NH4+/K+ Ratio, Is Alleviated by CIPK23 in Arabidopsis[J]. Plants, 2020, 9(4):501.